JP4140155B2 - 浸漬平膜分離装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は浸漬平膜分離装置に係り、特に産業廃水処理や下水などの活性汚泥処理などの分野に使用される浸漬平膜分離装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
浸漬平膜分離装置は、平膜を懸濁液に浸漬するタイプの膜分離装置であり、産業廃水系の凝集汚泥の処理や下水、し尿等の活性汚泥の処理に使用されている。この装置は、平膜を有する膜モジュールが、高濃度化された懸濁液（被処理水）に浸漬され、該膜モジュール内に前記懸濁液を吸引することによって処理水（濾過液）が得られる。膜モジュールは、槽の内部に並べて設置されており、その下方には、散気手段が設けられている。ここで、散気を行う目的は、膜面に堆積する汚泥ケーキを除去して膜の閉塞を抑制すること、槽内に旋回流を起こして膜面にクロスフローを与えるとともに槽内を攪拌すること、さらに、槽内の液体が活性汚泥等の場合は好気処理のための酸素供給を行うことである。
【０００３】
前記膜モジュールは、一般に複数の膜エレメントによって構成されており、該膜エレメントは単板型と多板一体型に分類される。単板型は、通水性のある板材の両面に膜を貼り付けた一枚の膜板によって構成され、膜を通過した処理水は、膜板一枚ごとに取り出される。一方、多板一体型は、複数枚の膜板を一組とし、並設された複数枚の膜板の両側部を膜端固定材によって支持したものであり、膜を通過した処理水は、前記膜端固定材の内部に形成された集水路を介して集められ、複数枚の膜板ごとに一括して取り出される。このように構成された膜エレメントの周囲には、通常、箱型のケースが設置されている。したがって、膜板同士の間隙の側方には、常にケース又は膜端固定材が配置されることになり、被処理水は、ケース又は膜端固定材と、膜板同士に囲まれた断面長方形の流路を流れることになる。前記膜板同士の間隔は、散気による気泡が入ることを前提に容積効率を考慮してできるだけ狭く設定されており、その幅は、５〜１０ｍｍ程度である。
【０００４】
このような浸漬平膜分離装置において、前記散気手段で散気すると、気泡及び気泡上昇に伴って膜面に対してクロスフローが発生する。そして、このクロスフローによって膜面に剪断力が与えられ、膜面に付着しようとする汚泥が常に剥離される。また、吸引により膜面に補足された汚泥を開放するため、処理水の吸引を間欠的に停止し、剥離性を向上させている。さらに、微細な粒子等により閉塞した膜面は、一定期間ごと、例えば数カ月や一年間隔で、薬液による洗浄や堆積物の強制的な掻き取りによって、濾過機能の再生が行われる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の浸漬平膜分離装置は、図６（ａ）に示すように、膜面１の側部に膜端固定材２が配置されているため、膜面１の側部は、膜端固定材２の流路抵抗により、中央部と比較して被処理水の流速が遅くなるという欠点がある。一般に、膜による固液分離では、クロスフローの流速が速いほど閉塞しにくいと言われている。したがって、クロスフローの流速の遅い部分では、図６（ｂ）に示すように、汚泥３の堆積が他の部分よりも速く進行する。一旦、汚泥３が堆積すると、気泡が堆積物に当たっても堆積物は破壊されず、逆に圧密化され、汚泥３溜まりが徐々に成長して、やがて全膜面１を閉塞する。
【０００６】
閉塞してしまった膜は、一旦運転を停止し、薬液による洗浄を必要とする。薬液洗浄においては、表面に付着した程度の汚泥は良好に除去することができるが、堆積・圧密化した膜では高圧水などにより堆積物を重点的に洗い落とすか、あるいは多重に薬液に浸漬し、さらに、曝気するなど膜面に浸透しやすくして洗浄する必要がある。特に多枚一体型の膜エレメントは、単枚式の膜エレメントのように一枚ずつ取り出して洗浄することができないため、高圧水を膜板の間隙に丁寧に流すような洗浄作業を行わねばならない。したがって、従来の膜分離装置は、膜に関するメンテナンスの頻度が多く、また、メンテナンスに多大な労力を費やしていた。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みて成されたもので、メンテナンスの頻度の低減、及びメンテナンス作業の省力化した浸漬平膜分離装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決する為の手段】
請求項１記載の発明は前記目的を達成するために、被処理水中に縦向に配置された膜の両側端を一対の膜端固定材で固定し、該膜端固定材同士の間に下方から上方に向けて前記被処理水の流れを形成しながら、前記膜で前記被処理水の濾過を行う浸漬平膜分離装置において、前記膜の側方から流体を吐出する吐出手段と、前記吐出手段で吐出する流体を、前記被処理水、該被処理水を濾過した処理水、あるいは、前記膜面を薬液洗浄するための薬液に切替える切換手段とを設けたことを特徴とする。
【０００９】
請求項１記載の発明によれば、吐出手段によって膜の側方から流体を吐出するようにしたので、膜の側部においても、流速の速いクロスフローが与えられ、膜に汚泥が付着しにくくなる。これにより、膜全体が閉塞しにくくなり、膜のメンテナンス頻度が低下する。
【００１０】
また、請求項１記載の発明によれば、切換手段によって、吐出手段で吐出する流体を、被処理水、処理水、あるいは洗浄用薬液に切り換えるようにし、例えば、通常時は、被処理水を連続して吐出し、膜に汚泥が堆積し始めた際に処理水を間欠的に吐出するようにしたので、膜全体で濾過を行いながら、膜の閉塞を効果的に抑制することができる。
【００１１】
さらに、請求項１記載の発明によれば、汚泥が堆積しやすい膜の側部に直接薬液を投与できるので、少ない量の薬液で、汚泥を膜から効果的に剥離させることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下添付図面に従って、本発明に係る浸漬平膜分離装置の好ましい実施の形態について詳説する。
【００１３】
図１は、本実施の形態の浸漬平膜分離装置が適用された硝化・脱窒装置のフロー図である。
【００１４】
同図に示すように、浸漬平膜分離装置１０は、仕切壁１２によって仕切られた脱窒槽１４と硝化槽１６とを有している。脱窒槽１４には、図示しない原水槽から濃縮された被処理水が送液され、この被処理水が貯留されている。また、脱窒槽１４の内部には、攪拌機１８が設けられ、該攪拌機１８によって被処理水がゆるやかに攪拌される。
【００１５】
脱窒槽１４と硝化槽１６は、汚泥移送管２０によって連通されており、該汚泥移送管２０に配設された汚泥移送ポンプ２２を駆動することによって、脱窒槽１４内の被処理水が硝化槽１６に移送される。
【００１６】
硝化槽１６の内部には、濾過膜５２（図２参照）を有する膜モジュール２４が設けられ、この膜モジュール２４は処理水移送配管２６を介して処理水槽２８に連通されている。そして、処理水移送配管２６に配設された処理水移送ポンプ３０を駆動することによって、硝化槽１６内の被処理水が膜モジュール２４の内部に吸引され、その際に濾過膜５２を介して濾過された処理水が、処理水移送配管２６を介して処理水槽２８に送液される。
【００１７】
前記膜モジュール２４の下方には、多数の孔の形成された散気管３２が配設され、該散気管３２が送気管３４を介してブロア３６に連結されている。したがって、ブロア３６を駆動することによって散気管３２から気泡が発生し、該気泡が上昇することによって、硝化槽１６内に旋回流が形成される。
【００１８】
また、前記硝化槽１６は、汚泥循環配管３８を介して脱窒槽１４に連通され、該汚泥循環配管３８に配設された汚泥循環ポンプ４０を駆動することによって硝化槽１６内の汚泥の一部が脱窒槽１４に返送される。
【００１９】
ところで、前記膜モジュール２４は、垂設された複数の膜エレメント４２（図２参照）を、上下方向に開口された矩形状のケース（図示せず）内に収納して構成されている。
【００２０】
図２は、多枚一体型の膜エレメント４２の構造を示す斜視図である。
【００２１】
同図に示すように、膜エレメント４２は、複数（例えば１０枚）の膜板４４（一枚のみ図示）を、その左右両端で一対の膜端固定材４６、４６で固定することによって構成されている。膜板４４は、中空構造の通水材（プラ段）４８の両面に、スペーサ５０を介して濾過膜５２を貼り付けることにより構成されている。スペーサ５０は、不織布等の通水性のある材料から成り、また、通水材４８は、断面が波状をした基材の両面に多孔板を添設したものや、多孔体によって構成されている。
【００２２】
一方、膜端固定材４６は、ＰＶＣ等の樹脂によって構成されており、この膜端固定材４６に、前記複数の膜板４４が平行に配置された状態で埋め込み固定されている。また、膜端固定材４６の内部には、前記膜板４４の通水材４８と連通する集水路５４が形成されており、該集水路５４が集水口５６を介して図１の処理水移送配管２６に連通されている。これにより、処理水移送ポンプ３０を駆動すると、複数の膜板４４内に吸引された処理水が集水路５４を介し、膜エレメント４２ごとに一括して集水され、処理水槽２８に送水される。
【００２３】
また、膜端固定材４６には、図３及び図４に示すように、多数の吐出口５８、５８…が形成されている。この吐出口５８は、膜板４４、４４同士の間に配置され、膜板４４と平行に、且つ水平に流体を吐出するようになっている。また、吐出口５８は、膜端固定材４６の内部に形成された分配管６０を介して供給口６２に連通されている。供給口６２は、図１に示した供給管６４に連通され、この供給管６４は分岐して、汚泥移送ポンプ２２の吐出口側、処理水移送ポンプ３０の吐出口側、薬液移送ポンプ６６の吐出口側に連通されている。薬液移送ポンプ６６は、洗浄用薬液の貯留された薬液タンク６８に連通されており、薬液移送ポンプ６６を駆動することによって洗浄用薬液を前記供給管６４に供給することができる。また、汚泥移送ポンプ２２、処理水移送ポンプ３０、及び薬液移送ポンプ６６の後段には、それぞれ電磁バルブ（切換手段に相当）７０、７２、７４が配設され、これらの電磁バルブ７０、７２、７４を開閉することによって供給管６４に供給する流体を切り換えられるようになっている。即ち、膜端固定材４６の吐出口５８から吐出する流体を、被処理水、処理水、薬液のなかから選択することができる。
【００２４】
図２に示した各膜板４４の上下端部には、ＰＶＣ製の補強部材７６が取り付けられており、この補強部材７６によって膜板４４の上下端部が補強されている。補強部材７６は、ウレタンゴム製の膜間隔保持治具７８によって所定の間隔に保持されており、これによって、対向する濾過膜５２、５２同士が所定の間隔、例えば５〜１０ｍｍに保持されている。なお、図２の符号８０は、ステンレス製のサポートバーであり、膜エレメント４２を補強している。また、膜エレメント４２の大きさは、例えば、幅１１４６ｍｍ，厚さ１２４ｍｍ、高さ１１５２ｍｍであり、その有効膜面積は、２０ｍ² である。
【００２５】
図１に示した汚泥移送管２０、汚泥循環配管３８には、それぞれ、電磁バルブ８２、８４が配設され、移送される被処理水の流量を調節することができる。また、処理水移送配管２６には、処理水移送ポンプ３０の後段に電磁バルブ９０が配設され、移送される処理水の流量を調節することができる。各電磁バルブ７０、７２、７４、８２、８４、９０は、図示しない制御装置に接続され、該制御装置によってその開閉度が調節される。また、処理水移送配管２６には、吸引圧力を測定する圧力検出装置８８が設けられており、前記制御手段は、この圧力検出装置８８の検出値に基づいて、前記電磁バルブ７０、７２、７４、８２、８４の開閉度を調節するようになっている。
【００２６】
次に上記の如く構成された浸漬平膜分離装置１０の作用について説明する。
【００２７】
浸漬平膜分離装置１０は、処理水移送ポンプ３０を駆動することによって膜モジュール２４の膜板４４内に吸引力を発生させ、硝化槽１６内の被処理水を膜板４４の濾過膜５２を介して膜板４４内に吸引する。その際、被処理水を濾過膜５２によって濾過し、その処理水を、膜エレメント４２ごとに統括して集水し、後段の処理水槽２８に送水する。同時に、ブロア３６を駆動することによって膜モジュール２４の下方の散気管３２から連続的に散気する。散気管３２から散気された細かな気泡は、膜板４４同士の間隙を上昇し、被処理水の旋回流を形成する。これにより、硝化槽１６内の被処理水が攪拌されるとともに、前記膜モジュール２４の濾過膜５２に酸素が供給される。また、気泡が濾過膜５２、５２同士の間隙を上昇することにより、図５に示すような、濾過膜５２に平行で、且つ縦向きの上昇流が発生する。これにより、約２ｍ／ｓの流速のクロスフローが濾過膜５２の中央部に付与され、汚泥が濾過膜５２の表面に付着することが抑制される。
【００２８】
一方、濾過膜５２の側部では、膜端固定材４６の流路抵抗によって上昇流の流速が低下し、クロスフローによる濾過膜５２の閉塞抑制効果が小さくなる。そこで、吐出口５８から流体を吐出することによって、水平方向の吐出流を形成して新たなクロスフローを濾過膜５２の側部に与える。吐出する流体は、濾過膜５２に付着した汚泥の状態に応じて、被処理水、処理水、洗浄用薬液のなかから選択する。
【００２９】
例えば、濾過膜５２に汚泥が殆ど付着せず、通常の濾過運転を行う場合には、吐出口５８から被処理水を吐出する。即ち、制御装置（図示せず）は、圧力検出装置８８で検出した吸引圧力が許容範囲内であることを認識し、電磁バルブ７０を開き、電磁バルブ７２、７４を閉じる。これによって、吐出口５８から被処理水が連続的に吐出され、濾過膜５２の側部に被処理水の吐出流が形成される。このとき、電気バルブ７２、８２、８４の開閉度を調節し、硝化槽１６内の被処理水量が大きく変化しないように、吐出口５８から吐出される吐出量を調整することによって、吐出流が上昇流の流速２ｍ／ｓに準じた流速になるようにする。これにより、上昇流のみではクロスフローの流速が低下する濾過膜５２の側部にも積極的に流速が与えられ、汚泥が濾過膜５２に付着することを抑制することができる。また、被処理水によって吐出流を形成するので、濾過膜５２の側部でも濾過が行われ、浸漬平膜分離装置１０全体において高い濾過効率を得ることができる。
【００３０】
濾過膜５２の側部に汚泥溜まりが生じた場合には、吐出口５８から処理水を吐出する。即ち、制御装置は、圧力検出装置８８の検出値が上昇したことを検知して、電磁バルブ７０を閉じるとともに、電磁バルブ７２を開閉する。これにより、吐出口５８から処理液が間欠的に吐出され、処理液の吐出流が形成される。したがって、濾過膜５２の側部における被処理水中の汚泥濃度が減少するので、濾過膜５２へ汚泥が付着することを効果的に抑制することができる。また、吐出流を間欠的に形成したので、吐出口５８から吐出される流体の吐出圧が高まり、洗浄効果を向上させることができる。このとき、処理水移送ポンプ３０に負担がかかるのを避けるため、供給管６４の途中に密閉タンク８６を設け、ここにブロア３６からの空気を供給することによって前記吐出圧を高めてもよい。
【００３１】
濾過膜５２の側部に汚泥の堆積部が形成された場合には、吐出口５８から薬液を吐出し、薬液洗浄を行う。即ち、制御装置は、圧力検出装置８８の検出値が許容値を超えたことを検知し、処理水移送ポンプ３０を止めて濾過運転を停止するとともに、電磁バルブ７０、７２を閉じ、電磁バルブ７４を開く。これにより、被処理水の濾過運転が停止されるとともに、洗浄用薬液が吐出口５８から吐出され、汚泥の堆積部に直接投与される。したがって、汚泥の堆積部を濾過膜５２から効果的に剥離させることができる。
【００３２】
このように本実施の形態の浸漬平膜分離装置１０によれば、吐出口５８から被処理水を連続的に吐出し、この吐出流と上昇流によって、濾過膜５２全体に流速の大きいクロスフローを与えているので、濾過膜５２に汚泥が付着しにくく、濾過膜５２膜面に関するメンテナンスの頻度を低減することができる。また、濾過膜５２、５２間に連続的に被処理水を吐出するので、濾過膜５２、５２同士を所定の間隔に維持することができる。したがって、上昇流の流路を一定に保つことができ、濾過膜５２に安定したクロスフローを与えて濾過膜５２の閉塞を抑制することができる。
【００３３】
また、浸漬平膜分離装置１０によれば、吐出口５８から間欠的に処理水を吐出するので、濾過膜５２に付着した汚泥溜まりを効果的に剥離させることができる。これにより、濾過膜５２に付着した汚泥を、圧密化される前に早い段階で剥離させることができるので、濾過膜５２の閉塞を効果的に抑制することができ、濾過膜５２のメンテナンスの頻度を低減することができる。
【００３４】
また、浸漬平膜分離装置１０によれば、吐出口５８から洗浄用薬液を吐出するので、濾過膜５２に堆積した汚泥を剥離させることができる。このとき、堆積した汚泥に直接、洗浄用薬液を投与するので、少ない薬液量で、前記汚泥を効果的に除去できる。
【００３５】
また、浸漬平膜分離装置１０によれば、膜５２を支持する膜端固定材４６の内部に集水路５４と分配管６０を形成したので、膜モジュール２５を小さくすることができる。これにより、浸漬平膜分離装置１０全体を小型化することができる。
【００３６】
さらに、浸漬平膜分離装置１０によれば、従来装置の汚泥移送ポンプ２２、処理水移送ポンプ３０、薬液移送ポンプ６６を利用して、吐出口５８から流体を吐出することができるので、付帯動力機器を追設する必要がない。したがって、設備コストや動力コストを大きく増加させることなく、上記効果を得ることができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の浸漬平膜分離装置によれば、吐出手段で膜の側方から流体を吐出するようにしたので、膜の側部においても流速の速いクロスフローが与えられ、膜に汚泥が付着しにくくなる。これにより、膜全体が閉塞しにくくなり、膜のメンテナンス頻度が低下する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る浸漬平膜分離装置が適用された硝化・脱窒装置のフロー図
【図２】図１に示した膜モジュールを構成する膜エレメントの構造を示す斜視図
【図３】図２に示した膜端固定材の側面図
【図４】図３の４−４線に沿う膜端固定材の断面図
【図５】本発明に係る浸漬平膜分離装置の作用を説明する説明図
【図６】従来の浸漬平膜分離装置を説明する説明図
【符号の説明】
１０…浸漬平膜分離装置、１６…硝化槽、２２…汚泥移送ポンプ、２４…膜モジュール、３０…処理水移送ポンプ、３２…散気管、４２…膜エレメント、４４…膜板、４６…膜端固定材、５２…濾過膜、５８…吐出口、６０…分配管、６４…供給管、６６…薬液移送ポンプ、７０、７２、７４、８２、８４、９０…電磁バルブ

Claims (3)

1. 被処理水中に縦向に配置された膜の両側端を一対の膜端固定材で固定し、該膜端固定材同士の間に下方から上方に向けて前記被処理水の流れを形成しながら、前記膜で前記被処理水の濾過を行う浸漬平膜分離装置において、
   前記膜の側方から流体を吐出する吐出手段と、
   前記吐出手段で吐出する流体を、前記被処理水、該被処理水を濾過した処理水、あるいは、前記膜面を薬液洗浄するための薬液に切替える切換手段とを設けたことを特徴とする浸漬平膜分離装置。
2. 前記切換手段は、前記被処理水を前記膜で吸引濾過する際の吸引圧力に応じて、前記吐出手段で吐出する流体を切り換えることを特徴とする請求項１記載の浸漬平膜分離装置。
3. 前記切換手段は、前記処理水を吐出する際に間欠的に吐出することを特徴とする請求項１または請求項２記載の浸漬平膜分離装置。

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